(57)【要約】【課題】２乗演算による温度推定を行わず、簡易的にヒューズ特性を模擬して、過電流時にヒューズが溶断する前に、電流を遮断できる過電流保護回路の提供。【解決手段】電源装置２０及び負荷８間に介装したスイッチ素子９と、スイッチ素子９の通流電流に応じた電流を抵抗１７に通流させる分岐回路１０，１１と、抵抗１７の両端電圧の関連電圧値を検出する電圧検出手段２と、その検出した電圧値が所定値より高いかを判定する手段２とを備え、所定値より高いと判定したときに、スイッチ素子９をオフにする過電流保護回路。第２抵抗１６及びコンデンサ１８を有し、抵抗１７の両端電圧を積分する積分回路と、第２抵抗１６に並列に接続され、抵抗１７側から順接続されたダイオード１３、逆接続されたツェナーダイオード１４及び第３抵抗１５が接続された直列回路とを備え、電圧検出手段２は、コンデンサ１８の両端電圧値を検出する構成である。【選択図】図１
2013128343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置及び負荷間に介装したスイッチ素子と、該スイッチ素子に通流する電流に応じた電流を抵抗に通流させる分岐回路と、該抵抗の両端電圧に関連する電圧値を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定する手段とを備え、該手段が所定電圧値より高いと判定したときに、前記スイッチ素子をオフにするように構成してある過電流保護回路において、
第２抵抗及びコンデンサを有し、前記抵抗の両端電圧を積分する積分回路と、前記第２抵抗に並列に接続され、前記抵抗側から順接続されたダイオード、逆接続されたツェナーダイオード及び第３抵抗が接続された直列回路とを備え、前記電圧検出手段は、前記コンデンサの両端電圧値を検出するように構成してあることを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記分岐回路は、前記スイッチ素子及び負荷の直列回路に並列に接続されており、前記抵抗に直列に接続され、前記スイッチ素子と同一信号によりオン／オフされる第２スイッチ素子と、該第２スイッチ素子及び抵抗間に介装されオン抵抗が可変であるオン抵抗可変回路、並びに前記スイッチ素子の負荷側端子の電位及び前記第２スイッチ素子の抵抗側端子の電位の差を検出する電位差検出回路を有し、該電位差検出回路が検出した電位差に基づき前記オン抵抗可変回路のオン抵抗を増減制御することにより、前記負荷側端子の電位に前記抵抗側端子の電位を一致させる一致化回路とを備える請求項１記載の過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び負荷間に介装したスイッチ素子と、スイッチ素子に通流する電流に応じた電流を抵抗に通流させる分岐回路とを備え、抵抗の両端電圧に関連する電圧値を検出し、検出した電圧値が所定電圧値より高いときに、スイッチ素子をオフにする過電流保護回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された負荷を作動させる場合、スイッチ及びリレー等を使用してモータ又はランプ等を作動させることがある。この際、これらを接続する電線の電源側の最上流に、電線を保護する為のヒューズが設けられる。
このような場合、モータがロックして、大電流が通流することがあるが、そのような場合でも、ヒューズ及び電線が溶断しないようにする為、ロック電流に合わせて（ロック電流では溶断、発煙しないように）、ヒューズの容量及び電線の径が定められている。
【０００３】
特許文献１には、負荷に接続される電線を過熱から保護する過熱保護装置が開示されている。この過熱保護装置は、負荷電流に比例した大きさの第１信号、及び周期的に変化する第２信号を比較する比較手段と、電流値及び電流が流れた時間に応じた電荷を蓄積し、且つ電流が停止した場合には時間経過に伴ってその蓄積した電荷を放電する熱等価回路とを備えている。また、第１信号が第２信号を上回った場合に、負荷電流に比例する大きさの電流を熱等価回路に供給するスイッチング手段と、熱等価回路に生じる第１電圧と所定の閾値電圧を比較し、第１電圧が閾値電圧を上回った場合に、負荷への電力供給を停止する過熱遮断手段とを備えている。第２信号は、第１信号の大きさがｎ倍となった際に、第１信号が第２信号を上回る時間がｎ倍となる周期波形とされる。
【０００４】
特許文献２には、電源と負荷との間に接続される半導体スイッチと、半導体スイッチと負荷との間の電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段で検出した電流値から、大きさがその電流値の２乗に相当する２乗電流値を演算して出力する電流変換手段とを備える電源供給装置が開示されている。この電源供給装置は、また、その２乗電流値を入力して半導体スイッチの温度上昇の大きさに相当する温度上昇相当値又は温度に相当する温度相当値を出力する熱等価手段と、温度上昇相当値又は温度相当値が、半導体スイッチの限界温度に基づき設定される第１異常判定値を超えた場合に異常と判定する異常判定手段とを備えている。半導体スイッチ駆動手段は、異常判定手段により異常と判定された場合に半導体スイッチをオフ状態にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８２５４４号公報
【特許文献２】特開２００９−１４２１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、従来、電線は、ロック電流に合わせて、ヒューズの容量及び電線の径が定められているが、ロック電流に合わせている為、モータに定常的に流れる電流に比較して、余裕を持たせた容量及び径に定められている。その為、通流する電流値等からヒューズ及び電線等の温度を推定して、発煙及び溶断が起きる前に、電流を遮断するヒューズ機能等が考えられている。
例えば、通流する電流値をモニタリングしてヒューズ及び電線等の温度を推定し、発煙又は溶断前にリレー、スイッチ等で電流を遮断することにより、ヒューズ及び電線を保護する。
【０００７】
しかし、電線及びヒューズの温度を推定するには、電流値の２乗×時間のように、電流値の２乗を演算する必要があり、この２乗を実現する為には、マイクロコンピュータが必要であったり、回路規模が大きくなる等の問題がある。
例えば、前述した特許文献１に開示された発明では、マイクロコンピュータも２乗演算回路も使用せずに、２乗特性を近似した特性を実現しているが、三角波発生装置等の回路が必要である。また、特許文献２に開示された発明では、マイクロコンピュータは使用せずに、電線温度の推定を行っているが、２乗演算回路が必要である。
【０００８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、２乗演算を使用した温度推定を行うことなく、簡易的にヒューズ特性を模擬することにより、過電流時にヒューズが溶断する前に、電流を遮断することができる過電流保護回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る過電流保護回路は、電源装置及び負荷間に介装したスイッチ素子と、該スイッチ素子に通流する電流に応じた電流を抵抗に通流させる分岐回路と、該抵抗の両端電圧に関連する電圧値を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定する手段とを備え、該手段が所定電圧値より高いと判定したときに、前記スイッチ素子をオフにするように構成してある過電流保護回路において、第２抵抗及びコンデンサを有し、前記抵抗の両端電圧を積分する積分回路と、前記第２抵抗に並列に接続され、前記抵抗側から順接続されたダイオード、逆接続されたツェナーダイオード及び第３抵抗が接続された直列回路とを備え、前記電圧検出手段は、前記コンデンサの両端電圧値を検出するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
この過電流保護回路では、スイッチ素子が、電源装置及び負荷間に介装し、分岐回路が、スイッチ素子に通流する電流に応じた電流を抵抗に通流させる。電圧検出手段が、抵抗の両端電圧に関連する電圧値を検出し、判定する手段が、その検出した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定し、判定する手段が所定電圧値より高いと判定したときに、スイッチ素子をオフにする。第２抵抗及びコンデンサを有する積分回路が、抵抗の両端電圧を積分し、抵抗側から順接続されたダイオード、逆接続されたツェナーダイオード及び第３抵抗が接続された直列回路が、第２抵抗に並列に接続されている。電圧検出手段は、コンデンサの両端電圧値を検出する。
【００１１】
第２発明に係る過電流保護回路は、前記分岐回路は、前記スイッチ素子及び負荷の直列回路に並列に接続されており、前記抵抗に直列に接続され、前記スイッチ素子と同一信号によりオン／オフされる第２スイッチ素子と、該第２スイッチ素子及び抵抗間に介装されオン抵抗が可変であるオン抵抗可変回路、並びに前記スイッチ素子の負荷側端子の電位及び前記第２スイッチ素子の抵抗側端子の電位の差を検出する電位差検出回路を有し、該電位差検出回路が検出した電位差に基づき前記オン抵抗可変回路のオン抵抗を増減制御することにより、前記負荷側端子の電位に前記抵抗側端子の電位を一致させる一致化回路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この過電流保護回路では、分岐回路は、スイッチ素子及び負荷の直列回路に並列に接続されており、第２スイッチ素子が、抵抗に直列に接続され、スイッチ素子と同一信号によりオン／オフされる。一致化回路は、オン抵抗が可変であるオン抵抗可変回路が、第２スイッチ素子及び抵抗間に介装され、電位差検出回路が、スイッチ素子の負荷側端子の電位及び第２スイッチ素子の抵抗側端子の電位の差を検出する。電位差検出回路が検出した電位差に基づきオン抵抗可変回路のオン抵抗を増減制御することにより、負荷側端子の電位に抵抗側端子の電位を一致させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る過電流保護回路によれば、２乗演算を使用した温度推定を行うことなく、簡易的にヒューズ特性を模擬することにより、過電流時にヒューズが溶断する前に、電流を遮断することができる過電流保護回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る過電流保護回路の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ヒューズの溶断特性を示す特性図である。
【図３】ヒューズ溶断特性の例に対比させて、ＲＣのみの積分回路、及び非線形回路Ａを接続した積分回路の特性の例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る過電流保護回路の実施の形態の構成を示すブロック図である。
この過電流保護回路は、例えば負荷８である車両のパワーウィンドウモータに電源供給するものであり、ヒューズ７、ＮチャンネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型ＦＥＴ(Field Effect Transistor)９、電流センサ回路６、電流処理回路５、制御回路１、判定回路２及び定電圧源１９を備えている。
【００１６】
バッテリ（電源装置）２０からの電源ラインには、ヒューズ７を通じてＦＥＴ９のドレインが接続され、ＦＥＴ９のソース及び接地ライン間には負荷８が接続されている。
電源ラインには、また、ヒューズ７を通じてＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ１０のドレインが接続され、ＦＥＴ１０のソースには、ＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ（オン抵抗可変回路）１１のドレインが接続されている。ＦＥＴ１１のソース及び接地ライン間に抵抗１７が接続されている。
【００１７】
ＦＥＴ１１のゲートには、オペアンプ（電位差検出回路）１２の出力端子が接続され、オペアンプ１２の反転入力端子にはＦＥＴ９のソースが、非反転入力端子にはＦＥＴ１０のソースがそれぞれ接続されている。オペアンプ１２は、図示しない電源回路により電源が供給されている。
ＦＥＴ１１及びオペアンプ１２は、一致化回路を構成し、ＦＥＴ１０，１１及びオペアンプ１２は、電流センサ回路６を構成している。
【００１８】
ＦＥＴ１１のソース及び接地ライン間には、抵抗１６及びコンデンサ１８からなり、抵抗１７の両端電圧を積分する積分回路が接続されている。積分回路の抵抗１６には、ＦＥＴ１１のソース側から、順接続されたダイオード１３、逆接続されたツェナーダイオード１４及び抵抗１５が直列に接続された非線形回路Ａが並列に接続されている。
抵抗１６，１７、コンデンサ１８及び非線形回路Ａは、電流処理回路５を構成している。
【００１９】
積分回路のコンデンサ１８の端子電圧（両端電圧）が判定回路（電圧検出手段、判定する手段）２に与えられ、判定回路２には、定電圧源１９からの定電圧も与えられている。判定回路２は、定電圧値（所定電圧値）及びコンデンサ１８の端子電圧値の高低を判定し、コンデンサ１８の端子電圧値が定電圧値より高いと判定したときは、負荷８への電力供給の遮断を指示する遮断信号を、制御回路１へ与える。
【００２０】
制御回路１は、外部からの制御信号に基づき、ＦＥＴ９，１０を同一信号によりオン／オフ制御しており、判定回路２から遮断信号を与えられたときは、ＦＥＴ９，１０をオフにする。制御回路１は、また、外部からの制御信号に基づき定められたデュ―ティ比により、ＦＥＴ９，１０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することも可能である。
【００２１】
以下に、このような構成の過電流保護回路の動作を説明する。
制御回路１は、外部から負荷８をオンにする制御信号を与えられると、ＦＥＴ９，１０を同一信号によりオンにする。
オペアンプ１２は、ＦＥＴ９，１０の各ソースの電位差を検出し、ＦＥＴ１０のソースの電位の方が高いときは、その電位差に応じた出力によりＦＥＴ１１のオン抵抗を減少させる。その結果、ＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１及び電流処理回路５（分岐回路）に流れる電流が増加して、ＦＥＴ１０の電圧降下により、ＦＥＴ１０のソースの電位の方が低くなる。
【００２２】
オペアンプ１２は、ＦＥＴ１０のソースの電位の方が低いときは、その電位差に応じた出力によりＦＥＴ１１のオン抵抗を増加させる。その結果、ＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１及び電流処理回路５に流れる電流が減少して、ＦＥＴ１０の電圧降下により、ＦＥＴ１０のソースの電位の方が高くなる。
オペアンプ１２がこの一連の動作を高速に繰返して収斂させることにより、ＦＥＴ１０のソースの電位は、ＦＥＴ９のソースの電位に瞬時に略一致させられる。このとき、ＦＥＴ１０のオン抵抗値と、ＦＥＴ１１のオン抵抗値及び電流処理回路５の合成抵抗値の和との比は、ＦＥＴ９のオン抵抗値と負荷８の抵抗値との比と一致し、電流処理回路５に流れる電流Ｉｓは、負荷８に流れる電流ＩＬに応じた電流となり、Ｉｓ＝ＩＬ／ｋ（ｋは定数）となる。
【００２３】
図２は、ヒューズ７の溶断特性を示す特性図であり、ヒューズ溶断特性は、電流値毎のヒューズ７が溶断するときの継続通流時間（数／１００秒〜数秒程度）を示している。ここでの電流値は、負荷８に流れる電流値ＩＬであるが、分岐回路の抵抗１７の両端電圧値で測定している。
ここで、図２に示すヒューズ溶断特性を、抵抗１６及びコンデンサ１８のように、Ｒ（抵抗）及びＣ（容量）のみによる積分回路で模擬させ、電流値をコンデンサ１８の両端電圧値で測定してみる。この場合、時定数ＲＣが比較的に大きければ、ヒューズ溶断特性が示す電流値（抵抗１７の両端電圧値）に達する継続通流時間が長くなり過ぎ、その電流値が計測される前に、ヒューズ７が溶断することになる。
【００２４】
そこで、積分回路の時定数ＲＣを比較的に小さくすると、ヒューズ溶断特性が示す電流値（抵抗１７の両端電圧値）に達する継続通流時間が短くなり、ヒューズ７が溶断するよりかなり早く、その電流値が計測され、ＦＥＴ９，１０がオフにされることになる。
以上から、この過電流保護回路では、電流値が小さいときは、上述した時定数ＲＣが比較的に小さい積分回路の特性となり、電流値が所定値より大きいときは、抵抗１６に並列に接続された非線形回路Ａにより、コンデンサ１８への充電を急速に進めて両端電圧が速く上昇する特性となる。
【００２５】
これにより、電流処理回路５の特性（コンデンサ１８の両端電圧で測定）は、図２におけるＲＣ＋Ａ回路の特性となる。即ち、所要の電流値区間では、時定数ＲＣが小さい積分回路より、ヒューズの溶断特性に近似させることができ、ヒューズが溶断するより早くＦＥＴ９，１０をオフにすることのできる特性が得られる。
ここで、図３において、溶断時間が長短２つのヒューズ溶断特性の例（ｍｉｎ，ｍａｘ）に対比させて、ＲＣのみの積分回路の特性の他の例（Ａなし）、及び非線形回路Ａを接続した時定数ＲＣの大小２つの積分回路の特性の他の例（Ａ有り）を示す。
【００２６】
図２には、負荷８に実際に流れる動作電流（ロック電流）の例も示されており、この動作電流を遮断する為の電流値Ｉｔｈ付近で、ヒューズの溶断特性に最も近似するように、ＣＲ＋Ａ回路の特性を調整している。
定電圧源１９は、電流値Ｉｔｈに対応する分岐回路の電流値Ｉｓｈに相当する定電圧値Ｖｔｈ（＝Ｉｓｈ×抵抗１７の抵抗値）を出力している。判定回路２は、与えられたコンデンサ１８の端子電圧が定電圧値Ｖｔｈより高いと判定したときは、負荷８への電力供給の遮断を指示する遮断信号を、制御回路１へ与える。
【００２７】
図２に示す動作電流の場合、電流値Ｉｔｈより大きい期間がある為、コンデンサ１８の端子電圧が定電圧値Ｖｔｈに達するのは、図２に示す時間よりは早くなる。
制御回路１は、遮断信号を与えられると、ＦＥＴ９，１０をオフにする。制御回路１は、ＦＥＴ９，１０をオフにした後、ヒューズ７及び電線が冷却されるのに十分な時間が経過したときは、通常の制御動作に復帰する。
【符号の説明】
【００２８】
１  制御回路
２  判定回路（電圧検出手段、判定する手段）
５  電流処理回路
６  電流センサ回路
７  ヒューズ
８  負荷
９，１０  ＦＥＴ
１１  ＦＥＴ（オン抵抗可変回路）
１２  オペアンプ（電位差検出回路）
１３  ダイオード
１４  ツェナーダイオード
１５，１６，１７  抵抗
１８  コンデンサ
１９  定電圧源
２０  バッテリ（電源装置）
Ａ  非線形回路
【図１】
2013128343.tif 000003
【図２】
2013128343.tif 000004
【図３】
2013128343.tif 000005